在细胞体内,大部分基因在大多数时间内表现为在紧密的染色体内有序堆积并保持沉默状态。据估计,人类基因组中约25000个基因中只有约10%的基因是“打开的”,一个细胞在特定时间内对许多基因是“关闭”的或失活的。基因沉默对生物体健康至关重要,不恰当的基因激活可能导致癌症。例如,基因沉默被认为可以保护基因组免受病毒和其他潜在破坏因素的损伤,从而维持基因组的完整性。
2005年4月15日的《基因与发育》杂志报道了一项新发现:Wistar研究机构的Shelley L. Berger博士和Hilary Koprowski教授发现了一种新的、重要的必需基因沉默或抑制的整体调控机制。他们认为这是首次发现内源性的调控机制。
新机制涉及DNA以组蛋白和相关小蛋白为中心缠绕,形成核小体复合结构。许多密集的核小体细线构成染色质——染色体的亚结构。在这项研究中,科学家利用酿酒酵母展示了称为SUMO的蛋白结合在组蛋白上,抑制基因转录,从而在基因组的多个位点发挥作用。在酵母细胞中已发现其他几个与组蛋白相关的激活基因转录的机制,而这是第一个发现的抑制基因转录的机制。这是首次在酵母和其他低等生物细胞水平上观察到的基因调控机制,并且这种机制也常见于哺乳动物(包括人类)细胞中。
Berger说:“我们发现SUMO蛋白穿过基因组结合在组蛋白上。如果这种机制在细胞体内错误进行,就会产生意想不到的结果。例如,组蛋白对某些癌症非常重要,SUMO可能是其重要组成部分。”
研究小组还注意到,在将SUMO蛋白添加到组蛋白(SUMO化)与添加乙酰基团或泛素化蛋白之间存在动力学效应,表明它们可能相互排斥。
文章第一作者Kristin Ingvarsdottir说:“在早期研究中,乙酰化和泛素化被认为是激活基因表达的,而基因抑制的SUMO化使得乙酰化和泛素化的存在具有更深的意义。”
在这项研究中,另一个观察结果是SUMO化在染色体末端——端粒处有轻微的高水平作用,旨在检验其是否在保持基因完整性上起中心作用。端粒的不完整性与人类寿命及与寿命相关的疾病(主要是癌症)有重要意义。